某采場非膠結充填實驗探究范文

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摘要：黃崗鐵礦Ⅰ礦區二步驟采場尾砂膠結充填水泥消耗量較大，充填成本較高。通過全尾砂粒度測定、滲透性試驗及沉降實驗，表明該礦二步驟尾砂粒級較粗，尾砂的沉降性較好，二步驟充填可以采用全尾砂非膠結充填，滿足安全生產的需要。

關鍵詞：二步驟；全尾砂；非膠結充填

黃崗礦區呈北東向展布，含礦帶長19km，寬0.2km～2.5km，劃分成七個區（Ⅰ～Ⅶ）。其中Ⅰ礦區鐵礦走向長度2km，平均寬約150m。設計年產量180萬t/a,采用中深孔分段鑿巖階段出礦嗣后充填法進行開采。一步驟回采礦塊（礦房）和二步驟回采礦塊（礦柱）間隔布置，先回采一步驟回采礦塊（礦房），礦房回采結束后即進行膠結充填、養護，然后再回采二步驟回采礦塊（礦柱），二步驟回采礦塊（礦柱）回采后的采空區采用分級尾砂非膠結充填[1]。

1回采工藝中深孔鑿巖

在分段鑿巖巷道中進行。采用YGZ90型導軌式鑿巖機配CTC14型鑿巖臺車，鉆鑿上向扇形孔中深孔，炮孔直徑Ф55mm，鑿巖炮孔排距（最小抵抗線）1.2m～1.5m，孔底距2m左右。鉆機效率30m/臺班。中深孔爆破炮孔每米崩礦量為8t/m左右。炸藥采用乳化卷狀炸藥，起爆器配非電導爆管雷管起爆系統爆破。以切割天井為自由面形成切割槽，再以切割槽為自由面側向崩礦[2]?；夭陕涞V各分段崩礦自由面在垂直方向上基本保持一致或上分段超前下分段2~3排炮孔。回采爆破炸藥單耗為0.40kg/t左右。采場出礦采用ACY-2、ACY-3或WG-2型柴油鏟運機。每臺鏟運機負擔兩個礦塊的出礦工作，從出礦進路裝礦運輸至采區溜礦井缷礦?？刂撇蓤龇诺V塊度為下于800mm，不合格大塊在裝礦進路中進行二次爆破處理。采區溜礦井下部采用XZGZ1843振動給礦機放礦，將礦石裝入4m3側卸式礦車。

2采場充填

目前礦山一步驟采場采用高配比全尾砂膠結充填，不同高度采用不同配比灰砂比的充填料漿，其具體分布為：下部5m采用灰砂比1：4的充填料漿，中下部14m采用灰砂比1：8的充填料漿，中部5m采用灰砂比1：6的充填料漿，中上部24m采用灰砂比1：8的充填料漿，上部2m采用灰砂比1：4的充填料漿；二步驟采場采用低配比全尾砂膠結充填，其具體分布為：下部6m采用灰砂比1：4的充填料漿，中部及上部44m采用灰砂比1：15~1：18的充填料漿。采場礦石出完后，采用管內徑為100mm的硬質波紋脫水管從采場頂部貫穿整個采場，然后從采場下盤的底部巷道內拉出。脫水管安裝結束后，對采場的各個透口進行密閉工作，密閉墻采用鋼筋混凝土結構。密閉墻施工完后開始采場充填工作，充填管經上部中段運輸巷進入采場下盤，開始采場充填，過密閉墻時，嚴格控制面料上升高度，每次充填高度控制在0.8m~1.0m，過充填擋墻后，每次充填高度控制在2m~5m，直至采場充滿。

3存在問題分析

（1）礦山現有充填系統實際運行過程中只使用了一套系統，即只用了2個砂倉，一個水泥倉，一套攪拌系統和充填鉆孔。實際運行過程中，一個砂倉進砂時，粗砂沉降進入倉底，而倉頂溢流的的細顆粒進入隔壁另外一個砂倉進行存儲。砂倉進砂沉降滿倉后，即可進行連續充填（即同一砂倉上部進砂的同時，砂倉下部不間斷連續進行充填）。而只有當儲存細顆粒的砂倉存儲滿之后，才將細顆粒砂倉放入井下進行充填。目前的充填方式，不是真正意義上的全尾砂充填，而是經過自然分級之后的分級尾砂充填。進砂的砂倉沉降后的尾砂顆粒很粗，沉降快；而緩沖倉中的尾砂顆粒相對較細，沉降慢。（2）現場取樣觀察發現，尾砂沉降后，砂倉放出來的尾砂經與水泥混合攪拌后的料漿迅速沉降，證明尾砂顆粒粗，粗砂充填時水泥與尾砂容易離析；而細顆粒溢流到緩沖倉中，細砂充填需要的水泥消耗量大。

4充填試驗

（1）全尾砂粒度測定。為模擬二步驟分級尾砂充填情況，選取連續正常工作時在礦山尾礦庫排尾口對選鐵后的最終尾砂，為避免細和極細的泥尾流失，現場就近找平地鋪防滲彩條布對全尾砂進行蒸發晾曬，干燥后均勻堆積。全尾砂基本物理參數測定（比重、容重、休止角）、粒級組成測定（中值粒徑、不均勻系數）、全尾砂及全尾砂+水泥膠結沉降試驗測定。全尾砂物理參數測定主要有比重、松散容重、壓實容重、休止角，以及由比重和松散、密實容重得出的孔隙率。（2）全尾砂沉降性試驗滲透系數k是綜合反映充填體滲透能力的一個指標，全尾砂滲透性能的好壞，表征水從充填材料固體顆粒間孔隙中流過的能力，它決定著充填體的脫水速度、固結時間和強度值。影響充填體滲透系數大小的因素很多，主要取決于充填體材料顆粒的形狀、大小、不均勻系數和水的粘滯性等，試驗主要采用TST–55型滲透儀在變水頭條件下測定全尾砂的滲透系數的方法。通過實驗，求取平均值得到此次全尾砂試樣的滲透系數為13.343cm/h，表明水從充填料固體顆粒間孔隙中流過的能力較強。尾砂的沉降性能對充填體的物理性質具有較大影響，它決定著充填料漿的沉降特性。充填料漿一般在最初階段常常處于飽和狀態，在脫水的過程中，由于毛細壓力和固體顆粒自重的作用，充填料漿體積減小，自然壓密，此過程就是充填料漿的自然沉降過程。礦山全尾砂充填一般采用礦山選礦廠經濃密后重量濃度45%的底流，為實現全尾砂高濃度膠結充填，需要對全尾砂進行濃縮沉降。全尾砂沉降依次包括三種狀態特征：全尾砂分級，粗重顆?？焖傧鲁粒^細顆粒緩慢下移，更細的顆粒則懸浮于上部；粗粒沉降，粗顆粒沉降壓縮到相互緊密接觸的狀態；細粒沉降，懸于上部的細顆粒沉降壓縮到顆粒緊密壓縮的狀態，達到最大沉降濃度。其沉降速度取決于尾砂的密度和細度，密度越小，粒度越細，最大沉降濃度越低。因此最大沉降濃度將直接影響充填工藝和充填能力。試驗進行了全尾砂9組及全尾砂+水泥12組充填料漿沉降特性試驗，試驗采用1000ml的量筒來進行，全尾砂沉降試驗分別以質量濃度為20%、30%、40%、50%、60%、65%、70%、75%、80%的料漿配料；全尾砂+水泥沉降試驗分別以質量濃度為60%、65%、70%、75%的料漿配料，水泥比尾砂（灰砂比）分別為1:4、1:8、1:10。每組試驗重復三次，對比試驗結果，求取平均值。

5結語

（1）通過對黃崗礦業公司Ⅰ礦區充填材料的試驗研究，我們得出了尾砂的平均粒徑為182μm，尾砂粒級屬較粗級，尾砂的滲透性及沉降性都較好，二步驟充填可以采用全尾砂非膠結充填。（2）二步驟采場充填體所需要的強度，比第一步驟采場充填體的強度低，灰砂比可以比較小，可采用低強度的膠結充填體或非膠結充填體，將二步驟采場空區充滿即可。而采場實際充填時，還需要考慮尾砂性質、采場工程和采礦工藝的要求，不同條件下采場不同高度采用不同配比強度充填體。根據充填材料試驗及礦山充填系統運行現狀，當礦山采用選廠進料后沉降后的粗尾砂充填時，其Ⅰ礦區二步驟采場可以采用全尾砂進行非膠結充填。

參考文獻：

[1]常慶糧,周華強,柏建彪,等.膏體充填開采覆巖穩定性研究與實踐[J].采礦與安全工程學報,2011（2）:279-282.

[2]李興東,楊永杰.巷道支護設計決策支持系統的研究[J].礦山壓力與頂板管理,2001(4):8-10.

作者：寶力格1；張建忠2 單位：1.內蒙古黃崗礦業有限責任公司，2.陜西煤業化工技術研究院有限責任公司